Wie viel Wasser ein Produkt enthält und wie viel davon tatsächlich verfügbar ist, sind zwei unterschiedliche Fragen. Genau hier setzt die Wasseraktivität an. Der sogenannte aw-Wert beschreibt, wie stark Wasser in einem Produkt gebunden beziehungsweise für physikalische, chemische und mikrobiologische Vorgänge verfügbar ist.
Die Wasseraktivität ist deshalb ein wichtiger Messparameter in der Lebensmittelproduktion, Qualitätssicherung, Produktentwicklung und bei der Beurteilung von Lagerbedingungen. Sie kann unter anderem dabei helfen, unterschiedliche Rezepturen und Chargen zu vergleichen oder Veränderungen während Herstellung und Lagerung zu erkennen.
Geeignete Geräte zur Bestimmung des aw-Werts finden Sie bei den PCE Labor- und Analysegeräten.
Was bedeutet Wasseraktivität?
Die Wasseraktivität wird mit dem Formelzeichen aw beschrieben und besitzt einen Wertebereich zwischen 0 und 1. Reines Wasser besitzt unter definierten Bedingungen einen aw-Wert nahe 1. Je stärker das Wasser innerhalb eines Produkts durch Inhaltsstoffe oder die Produktstruktur gebunden ist, desto niedriger kann die Wasseraktivität ausfallen.
Physikalisch betrachtet beschreibt der aw-Wert das Verhältnis des Wasserdampfdrucks über einer Probe zum Wasserdampfdruck über reinem Wasser bei gleicher Temperatur.
Ein aw-Wert von 0,80 entspricht im Gleichgewicht beispielsweise einer Gleichgewichtsfeuchte von ungefähr 80 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit. Der Wert beschreibt damit nicht direkt die vorhandene Wassermenge, sondern die Verfügbarkeit des Wassers im Produkt.
Wasseraktivität und Feuchtegehalt sind nicht dasselbe
Dieser Unterschied ist für die Praxis besonders wichtig. Der Feuchtegehalt beschreibt, wie viel Wasser insgesamt in einem Material enthalten ist. Die Wasseraktivität zeigt dagegen, wie verfügbar dieses Wasser ist.
Zwei Produkte können deshalb einen ähnlichen Wassergehalt besitzen und dennoch unterschiedliche aw-Werte aufweisen. Ursache dafür können beispielsweise Salz, Zucker, Proteine oder andere Inhaltsstoffe sein, die Wasser unterschiedlich stark binden.
Umgekehrt bedeutet ein hoher Wassergehalt nicht automatisch, dass das gesamte Wasser gleichermaßen für Mikroorganismen oder chemische Prozesse verfügbar ist.
Die Frage "Wie viel Wasser enthält das Produkt?" wird daher durch eine Feuchtebestimmung beantwortet. Die Frage "Wie verfügbar ist das Wasser im Produkt?" beantwortet dagegen die Messung der Wasseraktivität.
Warum ist der aw-Wert bei Lebensmitteln wichtig?
Die Verfügbarkeit von Wasser beeinflusst wesentlich, unter welchen Bedingungen Mikroorganismen wachsen können. Bakterien, Hefen und Schimmelpilze benötigen verfügbares Wasser, wobei sich die Anforderungen zwischen verschiedenen Organismen deutlich unterscheiden.
Ein niedrigerer aw-Wert kann deshalb die Wachstumsbedingungen für Mikroorganismen einschränken. Der aw-Wert allein erlaubt allerdings keine vollständige Aussage über die Haltbarkeit oder mikrobiologische Sicherheit eines Lebensmittels. Auch pH-Wert, Temperatur, Rezeptur, Verpackung, Ausgangskeimbelastung und Verarbeitung spielen eine Rolle.
Die Wasseraktivität eignet sich daher insbesondere als definierter Prozess- und Qualitätsparameter. Hersteller können beispielsweise prüfen, ob verschiedene Chargen vergleichbare Eigenschaften besitzen oder ob Änderungen an Rezeptur und Herstellungsprozess den aw-Wert beeinflussen.
Wie wird die Wasseraktivität gemessen?
Für die Messung wird eine repräsentative Probe in eine Probenschale gegeben und in die Messkammer des Wasseraktivitätsmessgeräts eingesetzt. Zwischen Probe und dem kleinen Luftraum innerhalb der geschlossenen Messkammer stellt sich mit der Zeit ein Feuchtegleichgewicht ein.
Der Sensor misst die Bedingungen in diesem Luftraum und daraus wird die Wasseraktivität der Probe bestimmt. Entscheidend ist, dass sich ein ausreichend stabiles Gleichgewicht bilden kann.
Die Temperatur spielt dabei eine wichtige Rolle. Wasseraktivität ist temperaturabhängig, und auch Temperaturunterschiede zwischen Probe, Messkammer und Umgebung können das Messergebnis beeinflussen. Vergleichsmessungen sollten deshalb unter möglichst ähnlichen und dokumentierten Bedingungen durchgeführt werden.
Typische Anwendungen der aw-Messung
Besonders bekannt ist die Messung der Wasseraktivität aus der Lebensmittelindustrie. Sie kann beispielsweise bei Backwaren, Fleischwaren, Gewürzen, Süßwaren, Trockenprodukten, Tiernahrung oder pulverförmigen Produkten eingesetzt werden.
Der aw-Wert kann aber auch außerhalb der klassischen Lebensmittelkontrolle interessant sein. Bei pharmazeutischen, chemischen oder anderen hygroskopischen Produkten kann die Verfügbarkeit von Wasser Einfluss auf Produktstabilität, Verarbeitung oder Lagerung haben.
In der betrieblichen Qualitätssicherung eignet sich die Messung vor allem für wiederkehrende Vergleiche. Werden Probe, Temperatur und Messablauf möglichst konstant gehalten, lassen sich Unterschiede zwischen Chargen oder Veränderungen eines Produktionsprozesses leichter erkennen.
Warum Salz und Zucker den aw-Wert beeinflussen
Salz und Zucker können Wasser binden und dadurch dessen Verfügbarkeit reduzieren. Aus diesem Grund können Produkte mit relativ viel Feuchtigkeit dennoch einen niedrigeren aw-Wert aufweisen.
Dieser Effekt spielt bei zahlreichen traditionellen Konservierungsverfahren eine Rolle. Durch Trocknung wird Wasser aus dem Produkt entfernt. Durch hohe Konzentrationen gelöster Stoffe wie Zucker oder Salz wird dagegen ein Teil des vorhandenen Wassers stärker gebunden.
Der Zusammenhang zwischen Wassergehalt und Wasseraktivität ist allerdings produktspezifisch. Ein bestimmter Feuchtegehalt lässt sich daher nicht allgemein in einen bestimmten aw-Wert umrechnen.
Worauf sollte man bei der Messung achten?
Für vergleichbare Ergebnisse sollte die Probe repräsentativ sein und die Probenschale nicht verunreinigt werden. Besonders wichtig sind stabile Temperaturbedingungen. Eine kalte Probe direkt aus einem Kühllager und ein bereits auf Raumtemperatur befindliches Messgerät können beispielsweise ungünstige Messbedingungen erzeugen.
Auch zwischen verschiedenen Proben sollte die Messkammer sauber gehalten werden. Rückstände können das Messergebnis nachfolgender Messungen beeinflussen.
Bei wiederkehrenden Qualitätsprüfungen empfiehlt es sich, einen einheitlichen Ablauf festzulegen. Dazu gehören Probengröße, Probenvorbereitung, Temperatur, Messdauer beziehungsweise Stabilitätskriterium und die Dokumentation der Messwerte.
PCE-WAM 10 für mobile aw-Messungen
Das PCE-WAM 10 aw-Messgerät ist für kompakte und mobile Kontrollmessungen ausgelegt. Es misst die Wasseraktivität im Bereich von 0,01 bis 1,00 aw bei einer Auflösung von 0,01 aw.
Zusätzlich erfasst das Gerät die Probentemperatur im Bereich von 0 bis 50 °C. Der magnetische Messaufsatz nimmt die Probenschale auf und bildet mit der Probe eine kompakte Messanordnung. Drei Probenschalen und ein Transportkoffer gehören zum Lieferumfang.
Damit eignet sich das PCE-WAM 10 unter anderem für regelmäßige Vergleichsmessungen in Produktion, Lagerung und Labor.
PCE-WAT 10 mit Messwertspeicher
Das PCE-WAT 10 Wasseraktivitätsmessgerät erweitert die aw-Messung um einen internen Speicher für bis zu 99 Messwerte.
Der Messbereich reicht von 0,00 bis 1,00 aw bei einer Auflösung von 0,01 aw und einer angegebenen Messabweichung von ±0,02 aw. Zusätzlich misst das Gerät die Temperatur von -10 bis +60 °C.
Der interne Messwertspeicher ist insbesondere dann praktisch, wenn mehrere Proben nacheinander kontrolliert und deren Ergebnisse dokumentiert oder miteinander verglichen werden sollen. Fünf Probenschalen sind im Lieferumfang enthalten.
Weitere Geräte für Wasseraktivität, Viskosität, Wasseranalyse, Feuchtebestimmung und Qualitätskontrolle finden Sie bei den PCE Labor- und Analysegeräten. Eine Übersicht des gesamten ausgewählten Sortiments bietet unsere Seite PCE Instruments Messgeräte.
Wasseraktivität als Teil der Qualitätskontrolle
Die Wasseraktivität ist besonders wertvoll, wenn sie nicht als isolierter Einzelwert betrachtet wird. Werden für ein Produkt typische beziehungsweise zulässige Bereiche definiert, können Messungen im Wareneingang, während der Produktion oder vor der Freigabe einer Charge miteinander verglichen werden.
Abweichende Werte können beispielsweise auf Veränderungen der Rohstoffe, Rezeptur, Trocknung oder Lagerbedingungen hinweisen. Der aw-Wert unterstützt damit eine objektive und reproduzierbare Prozesskontrolle.
Welche Grenzwerte sinnvoll oder erforderlich sind, hängt jedoch vom jeweiligen Produkt, dem Herstellungsverfahren und gegebenenfalls geltenden gesetzlichen oder normativen Anforderungen ab. Ein allgemeiner aw-Grenzwert für alle Lebensmittel oder Produkte existiert nicht.
Der aw-Wert beschreibt die Verfügbarkeit von Wasser
Die Wasseraktivität beantwortet eine andere Frage als die klassische Feuchtebestimmung. Während der Feuchtegehalt die vorhandene Wassermenge beschreibt, zeigt der aw-Wert, wie verfügbar das Wasser innerhalb einer Probe ist.
Damit ist die Wasseraktivität ein wichtiger Parameter für Produktentwicklung, Prozesskontrolle, Lagerung und Qualitätssicherung. Besonders in der Lebensmittelproduktion liefert sie wertvolle Informationen über Produkteigenschaften und die Bedingungen für mikrobiologische beziehungsweise chemische Veränderungen.
Für aussagekräftige Vergleichswerte sind eine repräsentative Probe, stabile Temperaturbedingungen und ein einheitlicher Messablauf entscheidend.
Häufige Fragen zur Wasseraktivität
Der aw-Wert beschreibt die Wasseraktivität eines Produkts und liegt zwischen 0 und 1. Er gibt vereinfacht an, wie verfügbar das im Produkt vorhandene Wasser ist.
Der Feuchtegehalt beschreibt die gesamte Wassermenge einer Probe. Die Wasseraktivität beschreibt dagegen die Verfügbarkeit dieses Wassers. Deshalb können Produkte mit ähnlichem Wassergehalt unterschiedliche aw-Werte besitzen.
Nicht allgemein. Der Zusammenhang hängt stark vom jeweiligen Produkt, seiner Zusammensetzung und der Temperatur ab. Für unterschiedliche Materialien ergeben sich unterschiedliche Sorptionsbeziehungen.
Die Wasseraktivität ist temperaturabhängig. Temperaturunterschiede zwischen Probe, Sensor und Umgebung können die Messung beeinflussen. Vergleichsmessungen sollten deshalb unter möglichst konstanten Bedingungen erfolgen.
Nein. Die Wasseraktivität ist nur einer von mehreren Einflussfaktoren. Auch pH-Wert, Temperatur, Verarbeitung, Verpackung und mögliche Mikroorganismen müssen bei einer Bewertung berücksichtigt werden.
